高阶色散和饱和非线性下的交叉相位调制不稳定性

从光纤中包含饱和非线性和高阶色散的耦合非线性薛定谔方程组出发,采用线性稳定性分析法,研究了高阶色散和饱和非线性对双光束交叉相位调制不稳定性的综合影响.研究表明,当四阶和二阶色散系数同号时,调制不稳定性增益谱可能出现一个新的远离零点的第二谱区,且该谱区由两个始终相连的小谱区组成;第一谱区的谱峰与第二谱区中靠近零点的小谱区的谱峰相当;在其他色散区,增益谱只存在一个谱区.而饱和非线性的存在则使每个谱区的谱宽、峰值增益大小随入纤功率的增大呈现出先增大后减小的特点,即对每个谱区而言,将出现两个不同的输入功率对应同一个不稳定增益峰值和谱宽的情形.     

高阶色散下随入纤功率变化的不稳定性增益谱

为了探讨不同入纤功率下高阶色散对交叉相位调制不稳定性增益谱的影响,从光纤中包含高阶色散的耦合非线性薛定谔方程出发,采用线性稳定性分析法,分二阶、四阶色散系数同号、异号和二阶色散系数为0等几种情形,计算了双光束的交叉相位调制不稳定性增益谱随入纤光功率的变化规律,并对各种谱特性的产生机制作了分析。结果表明,当二阶、四阶色散系数同号时,随着入纤功率的增大,增益谱由开始的两个分离谱区逐渐变宽并合成1个谱区;当二阶、四阶色散系数异号和二阶色散系数为0时,增益谱只有靠近零点的第1谱区,且谱宽和谱峰随着入纤功率的增大而增大。此研究对高重复率的超短光脉冲串的产生有一定的理论指导意义。     

色散缓变光纤中五阶非线性调制不稳定性

在三五阶非线性共存时,研究了有损耗单模光纤中基于两光波交叉相位调制的不稳定条件和增益谱.在色散缓变光纤正色散区,分析了五阶非线性系数、色散纵向变化参量以及两扰动的频率大小关系对交叉相位调制不稳定增益谱的影响.结果表明,在五阶非线性下,色散的纵向渐减仍有利于展宽调制不稳定增益谱;正五阶非线性可使增益谱的谱宽和谱峰值增大,并使谱峰位置远离主波频率,负五阶非线性的作用则相反;两扰动频率大小关系不同,色散纵向参量的变化对增益谱的谱峰大小和位置的影响也不同,五阶非线性对交叉相位调制不稳定性的加强或抑制程度也不同.     

高阶色散下与扰动频率相关的调制不稳定性

对包含损耗、二至四阶色散下两光波扰动频率相等与不等的情况,分析了光纤不同色散区的交叉相位调制不稳定性条件和增益谱.结果表明:三阶色散对交叉相位调制不稳定条件和增益谱无影响,但对扰动的有效波数有贡献;四阶色散的存在,使得二、四阶色散皆同号时的不稳定性比只有二阶色散的情形多出了远离零点的额外谱区,随两扰动的频率大小关系不同,该额外谱区可能由紧挨的2个小谱区构成,也可能只是单一的谱区;增益谱两大区域的谱宽和峰值也会随两扰动频率的不同而发生变化;四阶色散的存在还使两光波的二阶色散异号时的不稳定性出现了远离零点的增益谱.     

五阶非线性色散缓变光纤负色散区的交叉相位调制非稳

推导了三、五阶非线性共存时有损耗单模色散缓变光纤中同偏振、不同波长的两光波的交叉相位调制不稳定条件和增益谱。在色散缓变光纤负色散区,详细分析了五阶非线性系数、色散纵向变化参量、两扰动的频率大小关系对交叉相位调制不稳定条件和增益谱的综合影响。结果表明,正、负五阶非线性分别对交叉相位调制不稳定性起加强和抑制的作用;两扰动频率大小关系不同,色散纵向参量的变化对调制不稳定增益谱的影响也不同;随参数的不同,增益谱存在有截止频率和无截止频率2种形状。     

高阶效应下与扰动频率相关的调制不稳定性

为了探讨光纤中高阶效应下与扰动频率相关的交叉相位调制不稳定性条件和增益谱特点,从包含5阶非线性和4阶色散的耦合非线性薛定谔方程出发,采用线性稳定性分析,计算分析了两光波扰动频率不等时的不稳定性条件和增益谱。结果表明,当2阶、4阶色散同号时,增益谱有两种可能的形式,其中一种的谱范围包含了另一种的。被包含谱的不稳定条件与通常情况不同,且谱特性受色散和5阶非线性的影响小。随着某一扰动频率增大,增益谱的谱区数及变化规律将随两光波所处的光纤色散区的不同而不同。而正(负)5阶非线性可使谱峰增加(减小)、谱宽变宽(窄)。该研究对高重复率脉冲串产生具有一定意义。     

光纤中的交叉相位调制不稳定性研究

在同时考虑四阶色散和五阶非线性的情况下,以扩展的非线性薛定谔方程为基础,研究了有损光纤中双光束交叉相位调制(XPM)不稳定性.结果表明:由于四阶色散的影响,在光纤的正、反常色散区,XPM所致的调制不稳定性可发生在两个频谱区;正、负五阶非线性的存在分别对XPM不稳定性起加强和减弱作用.     

三、五阶非线性光纤中的交叉相位调制非稳研究

从五阶感应电极化强度出发，导出了有损耗单模光纤中同偏振、不同波长的两光波交叉相位调制情况下的五阶非线性折射率；在同时考虑三、五阶非线性的情况下，推导了两光波的慢变振幅满足的耦合非线性薛定谔方程组，并进一步得出了线性化后微扰满足的方程组。分析了三、五阶非线性共存时的交叉相位调制不稳定条件和增益谱。结果表明，与只有三阶非线性的情形相比，在三、五阶非线性共存时，正五阶非线性加强调制不稳定性，使增益谱变宽，峰值变大，负五阶非线性则减弱调制不稳定性；和只有三阶非线性的情况类似，损耗也会使不稳定增益谱的谱宽变窄，谱峰减小；两光波扰动频率的大小关系会影响不稳定增益谱的谱宽、峰值和形状。     

饱和非线性光纤正色散区的交叉相位调制不稳定性

在考虑到光纤饱和非线性效应的情况下,给出了同偏振、不同波长的两光波的慢变振幅满足的耦合非线性薛定谔方程组以及线性化后微扰满足的方程组。在光纤的正色散区,分析并讨论了交叉相位调制不稳定增益谱随两光波输入功率变化的规律。结果表明,与饱和非线性光纤中自相位调制不稳定性的增益谱类似,交叉相位调制不稳定增益谱的临界扰动频率、峰值增益大小随两光波输入功率的增大也呈现出先增大后减小的特点,而二者随两光波输入功率变化的快慢都与两扰动的频率大小有关,即会出现两个不同的输入功率对应同一个不稳定增益峰值和临界扰动频率的情形。     

色散管理孤子系统的调制不稳定性

为了探究色散管理孤子系统抗微小扰动的能力,从色散管理孤子的调制不稳定性出发,利用孤子传输满足的非线性薛定谔方程,采用线性稳定性分析和数值模拟,得到色散管理系统中调制不稳定性的增益谱;得出色散管理孤子各阶调制不稳定性的增益曲线,并分析了基阶调制不稳定性起主导作用的条件,讨论了色散图中路径平均色散值。结果表明,色散深度对基阶调制不稳定性增益谱有影响,在平均色散为负值的情况下,平均色散值βav(βav0)越大,色散波动幅度越小,基阶调制不稳定性的增益越小,更有利于抑制调制不稳定性增益;但将平均色散值降至更小时,调制不稳定性增益谱不再连续。     

Cross-phase modulation induced modulation instability in single-mode optical fibers with saturable nonlinearity

Taking into account the saturable nonlinearity of the single-mode optical fibers, condition and gain spectra of scalar modulation instability induced by cross-phase modulation of two optical waves of different frequencies with the same polarizations are investigated. In both of the normal and anomalous dispersion regions, the contour plots of gain spectra of modulation instability with gray levels, the critical perturbation frequency (or instability domain), and the peak perturbation gain versus the input powers of the two waves are analyzed and discussed. The results show that, the critical perturbation frequency (or instability domain) and the peak perturbation gain increase with the input power, reaching a maximum value, and then decrease. This leads to a unique value of peak perturbation gain and critical perturbation frequency for two different input powers.     

交叉相位调制不稳定性的进一步分析

从耦合非线性薛定谔方程出发,分析了光纤中两光波因交叉相位调制(XPM)所致的调制不稳定性(MI)产生的条件及增益谱。结果表明,当一光波处于正常群速度色散(GVD)区,另一光波处于反常群速度色散区时,与两光波参数有关的扰动增益谱应有3种可能的形式;在一定条件下,在某一微扰频率范围内,甚至还会同时出现两种形式的增益谱。     

色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定增益谱

从非线性薛定谔方程出发得到了色散缓变光纤中交叉相位调制(XPM)不稳定性的增益谱。结果表明,XPM产生的调制不稳定性既可以在光纤反常色散区产生,也可在正常色散区产生,反常色散区的增益谱宽比正常色散区宽,且色散缓变光纤中XPM不稳定增益谱宽比普通光纤中XPM不稳定增益谱宽宽,增益峰值高。色散缓变光纤是XPM调制不稳定性的较好色散介质。